便携式发动机空燃比测量仪的研制

摘要

本文介绍了一种便携式发动机空燃比测量仪的研制,主要研究内容包括空燃比测量方法、空燃比计算模型的建立、单片机软硬件系统设计和后台监控软件的设计以及调试及实验测量.对选用的宽域氧传感器进行标定实验,然后利用MATLAB和Excel对标定实验的结果进行处理,建立了宽域氧传感器的输出电压与空燃比模型.由于燃料成分对空燃比的测量有一定的影响,在空燃比计算模型中加入了燃料成分修正系数,得到最终的UEGO传感器电压和空燃比的计算模型.另外,本仪器还具有发动机转速和空燃比的同步采集功能,便于分析在不同发动机工况下空燃比的变化情况. 在硬件设计方面,采用了Microchip公司的PIC16F877为空燃比测量仪的主芯片.在软件设计方面采用单片机汇编语言编写了空燃比测量仪的主体软件,实现了空燃比测量仪的基本功能.利用Visual Basic语言编写了空燃比测量仪的后台监控软件.本设计中空燃比测量仪的主要功能包括: 发动机空燃比(A/F)、过量空气系数(λ)及废气氧含量(02﹪)的测量; 发动机转速的测量; 参数设置,包括燃料氢碳比(H/C)和氧碳比(O/C)设置; 键盘输入; 测量值的数码管显示以及空燃比测量仪工作状态的发光二极管指示; 与监控主机通讯,可以实现离线数据分析和处理. 设计的空燃比测量仪经实验调试后,在发动机实验台架上进行了实际测量,并与HORIBA空燃比测量仪的测量结果进行了对比.结果表明本文中研制的空燃比测量仪的测量精度较高、响应速度快,并且人机交互界面友好、抗干扰能力强.如能在此基础上继续加以改进和优化,将具有良好的市场前景.

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文摘

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致谢

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2空燃比及其对发动机工作的影响

1.3氧传感器在空燃比控制中的应用

1.4空燃比测量方法

1.5测量方法选择及氧传感器工作原理简介

1.5.1传统氧传感器的工作原理

1.5.2 UEGO传感器的工作原理

1.6论文结构及主要研究内容

第二章总体方案论证

2.1方案要求

2.2方案确定

2.2.1测量原理

2.2.2硬件系统

2.2.3软件系统

2.3测量精度分析

2.4系统特点

第三章硬件设计方案

3.1硬件设计方案

3.2主芯片的选择

3.3信号采集处理模块

3.3.1转速测量电路

3.3.2 UEGO信号处理电路

3.4显示及键盘处理模块

3.4.1数码管显示

3.4.2发光二极管控制模块

3.5电源模块

3.6硬件抗干扰设计

第四章软件设计方案

4.1软件设计概述

4.2主程序

4.2.1数据采集模块

4.2.2转速计算模块

4.2.3参数设置模块

4.2.4显示与键盘扫描模块

4.2.5串行通讯模块

4.3软件抗干扰设计

4.4空燃比测量仪后台管理软件的设计

4.4.1通讯协议

4.4.2后台监控系统设计

4.4.3数据拟合处理

4.5本章小结

第五章系统调试

5.1系统调试

5.1.1模拟信号调试

5.1.2发动机实验台架调试

5.1.3调试结果

5.2发动机台架实验结果

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

附录